直流电测深法在水工环地质调查中的应用

库汉鹏，王圣民，关小伟

（浙江省水文地质工程地质大队，浙江 宁波 315000）

随着经济社会的发展，传统的水工环地质调查工作已经不能再适应社会的需要。新时期下，社会对水工环地质调查提出了更多新的要求。为了更好地服务地方经济社会发展，查清区域内的水工环地质情况，本研究开展了区域内的水工环基础地质调查工作。

物探是水工环地质调查中重要的调查方法之一，直流测深法作为一种物探方法，将在水工环地质调查中起到重要作用。

1 直流电测法

1.1 基本原理

直流电测深法属于直流电阻率法中的一种，简称电测深法（Resistivity Sounding），是以地下岩土体的电性差异为物理基础，通过对地下半空间天然或人工电场分布的研究，来解决有关地质问题的一种物探方法。

在地下半空间中，稳定电流场遵循欧姆定律和克希霍夫第一定律，用公式表达为：

将（1）代入（2）式便得：

在均匀介质中，ρ为常数，故应满足：

此式即为拉普拉斯方程，是均匀导电介质中求解稳定电流场的基本公式，也就是稳定电流场在任一点的电位方程。

为测定勘查体积所涉及的范围内几种岩层的综合视电阻率值，通常在勘查体表面布置对称四极装置，即两个供电电极A、B，两个测量电极M、N，它们对称与观测点O布置。当通过供电电极A、B向地下发送电流时，就在地下半空间建立起稳定的电场，然后测得M、N处观测电位差ΔUMN大小：

式中：I为供电电流强度；ρs为勘查体的综合视电阻率；根据上式可导出勘查体的综合视电阻率表达式为：

然后在同一测点上逐次增大供电电极距，使勘探深度由小逐渐加深，可观测到测点处沿深度方向由浅至深的视电阻率变化规律。

1.2 直流电测深法的特点

电测深法方法简单成熟，成本相对较低，有对称四极、三极、三级联合、偶极等装置，可根据勘探对象进行选择，局限是该方法适合在地势开阔平坦区开展工作，受地形的影响较大。

1.3 在水工环地质调查中的应用

区域水工环地质调查包含水文地质、工程地质及环境地质调查3部分内容。水文地质主要调查区域内地下水类型、埋藏、分布、形成条件、物理及化学性质、运动规律等；工程地质调查主要调查区域地形地貌、地质构造、岩土体类型及其工程性质，划分工程地质岩组，构建区域工程地质概念模型与主要工程地质问题模型，评价工程经济活动适宜性；环境地质调查主要查明工作区地质环境与人类活动相互作用产生的环境地质问题与地质灾害，评价其对人类生存和发展的影响，为生态建设和环境保护服务。

在区域水工环地质调查中，直流电测深法主要应用在深埋区的基岩埋深、基底形态、划分第四系松散层结构、隐伏地质构造、断层、含水层厚度、冻土层下限等勘查。

2 应用实例

2.1 工作区概况

工作区位于姚江谷地河姆渡镇一带。测区南部和北部为基岩出露的山区，余姚江穿沟谷而过，往东南方向流动，汇入甬江，最终汇入东海。

2.2 直流电测深法的应用

2.2.1 直流电测深法的数据采集

在本次水工环地质调查中，工作区内布设了4条垂直于姚江流向的测线，测点间距200 m。

电测深法施工时采用对称四极装置，供电极距AB/2和测量极距MN/2如表1所示。直流电测深野外数据采集使用重庆地质仪器厂的DZD-6A多功能直流电法（激电）仪。

表1 直流电测深供电极距与测量极距对照

电测深数据采集时需随机选取总工作量3%～5%进行系统质量检查，质量检查观测均方相对误差按下式计算：

式中：M为某个质量检查点的均方相对误差；μi为第i个参加评定的单个极距的相对误差；n为某测点的数据个数；ρai、ρai'分别为第i个供电电极距上同组MN的基本观测数据与系统观测数据的视电阻率值。

经计算，本次采集数据的均方相对误差为±3.63%，满足DZ/T0072—1993电阻率测深法技术规程的要求。

2.2.2 直流电测深法的数据处理

直流电测深数据处理采用吉林大学开发的GeoElectro-VES2005电法软件。首先对一条测线上每个测点的数据进行一维反演，得到一维反演图（图1）；然后利用一维数据对该条测线数据进行反演计算，得到该测线的反演剖面图（见图2）。

图1 测线07测点一维反演图

图2 测线D2二维反演视电阻率断面

2.2.3 直流电测深法成果分析

在D2测线的二维反演图，可以清晰地看到一个视电阻率突然变化的界面，视电阻率从30 Ω·m变大到80 Ω·m，判断该界面为中风化基岩顶界面，结合钻孔ZK42数据，确定了该界面深度。

运用该方法获得了其他测线的中风化基岩界面，将所有测点的基岩埋深和测点坐标导入到surfer中成图，得到了该测区的基岩埋深图（见图3）。

从图中可以看到，测区基岩面呈中间高，两侧低的马鞍形态，因此可以判断出“马鞍”两侧的地下水流场相互独立，

属于不同的水文单元，这与收集资料结论相符。

图3 测区基岩起伏面三维图

3 结语

通过该实例说明，直流电测深法能够以较低的成本，较为准确地探测出测区基岩埋深和基底形态，确定第四系松散层厚度。直流电测深法在本次水工环地质调查起到了很好的作用。